TW202402422A - 吹氣上注嘴及連續鑄造方法 - Google Patents
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Abstract
為了提供可防止漏氣之吹氣上注嘴及使用其之連續鑄造方法。
吹氣上注嘴係具備包含透氣性材質(1B)之耐火材質(1)及圍繞該耐火材質(1)的外周之金屬殼(2)，且具有從該金屬殼(2)的上端部往內側延伸之上端金屬殼(3)，前述耐火材質(1)和前述金屬殼(2)之間的密封砂漿部(4)之上端是藉由前述上端金屬殼(3)覆蓋。
連續鑄造方法，係將該吹氣上注嘴設置在餵槽底部，一邊朝前述透氣性材質將惰性氣體吹入，一邊透過前述吹氣上注嘴將熔鋼從餵槽注入鑄模。
Description
本發明係關於設置於餵槽的底部且在熱加工所使用的吹氣上注嘴及使用吹氣上注嘴之連續鑄造方法。
以往，在熔鋼的連續鑄造中，在所使用的吹氣上注嘴之內壁上熔鋼中的氧化鋁(Al
2O
3)等夾雜物會附著並堆積，而經常發生注嘴堵塞。若發生了注嘴堵塞，在熔鋼的注入過程中堵塞物會剝落而混入鑄片內，或因堵塞而使注嘴內的熔鋼發生偏流，如此成為鑄片之品質異常的原因。
作為防止注嘴堵塞的一種對策，是從注嘴將惰性氣體吹入，使夾雜物上浮而分離，藉此防止夾雜物在注嘴上的附著及堵塞。在連續鑄造用注嘴的吹氣，一般是利用設置於餵槽之上注嘴、滑動板及連接於其下部之浸漬嘴等來進行。
在吹氣上注嘴的吹氣，會有使用多孔的透氣性材質或貫穿耐火物之透氣孔的情形。如圖4(a)所示般，當使用多孔的透氣性材質的情況，大多由耐火材質1構成，該耐火材質1是由非透氣性材質1A和透氣性材質1B所組合成。而且，吹氣上注嘴100之外周是藉由金屬殼2氣密地密封。惰性氣體是透過設置於吹氣上注嘴100的側方下部之惰性氣體導入管6來導入。該惰性氣體的一部分，通過設置在非透氣性材質1A的耐火物外周和金屬殼2之間的氣體流路、即氣室(gas pool)5而往上部的透氣性材質1B部分導入。而且，吹入沿著吹氣上注嘴100之貫通孔11流下的熔鋼流內。又剩下的惰性氣體，通過下部的透氣性材質1B而吹入沿著吹氣上注嘴100之貫通孔11流下的熔鋼流內。這時，從吹氣上注嘴100之耐火材質1的外周和金屬殼2之間有可能發生漏氣而無法將既定量的惰性氣體吹入在吹氣上注嘴內流下之熔鋼流內。於是，藉由密封砂漿部4等將非透氣性材質1A之耐火物外周和金屬殼2之間黏合，藉此抑制漏氣。
另一方面，設置在外周的金屬殼2和耐火材質1之密封性以往就被視為問題。例如，假使金屬殼2和耐火材質1之間的密封性受阻，惰性氣體會通過耐火材質1的外周洩漏，而從餵槽底板部洩漏到熔鋼內。因此，要吹入通過吹氣上注嘴100的貫通孔11之熔鋼中的惰性氣體量，變得無法充分確保。在這種狀態下澆鑄成的鑄片變得不合規格。
圖4(b)係將圖4(a)的二點鏈線部B、即吹氣上注嘴100的上端部附近放大之示意圖。圖4(b)顯示起因於熱變形(如箭頭所示)而使金屬殼2之上端擴開的樣子。當連續鑄造重複進行時，起因於來自熔鋼的傳熱會使上注嘴之金屬殼2變高溫，而產生熱膨脹。這時，會將上注嘴裝配砂漿10推開，如箭頭所示般以遠離耐火材質1的方式使金屬殼2之上端擴開。若如此般使金屬殼2變形，會在密封砂漿部4和金屬殼2之間產生間隙。變得容易通過間隙而產生漏氣。如上述般在金屬殼2和耐火材質1之間產生間隙，使基於密封砂漿部4之密封性降低而形成漏氣路徑，此乃惰性氣體的漏氣現象之成因。又漏氣的發生，可藉由偵測吹氣的壓力(背壓)之變化來掌握。當發生漏氣時，背壓會降低。因此，當在連續鑄造中進行吹氣的情況建立如下機制：監測吹入氣體的背壓，在產生了背壓降低時，判定為異常。
為了抑制像上述那樣的漏氣，以往進行了各式各樣的改善。例如，在專利文獻1、2所揭示的技術，是使用熱膨脹性的砂漿來填埋藉由金屬殼的熱膨脹在金屬殼和透氣性材質之間產生的間隙。依據該等專利文獻，通常金屬殼的熱膨脹係數大，耐火物的熱膨脹係數小。藉由注嘴使用中的加熱，與注嘴耐火物外周相比金屬殼的膨脹變大，而在注嘴耐火物外周和金屬殼間產生間隙，從那裡開始漏氣。作為其對策，是使用膨脹性的砂漿來抑制漏氣。
再者，在專利文獻3、4所揭示的技術，是藉由讓拘束力提高來抑制金屬殼的熱膨脹。依據專利文獻3，藉由在金屬殼外周部配置可撓性的耐火密封材，利用耐火密封材來拘束金屬殼因熱膨脹所致的變形，藉此制止熱變形。又在專利文獻4，藉由在金屬殼外周部安裝螺旋狀的鰭片(fin)來提高金屬殼的拘束力。
[先前技術文獻]
[專利文獻]
[專利文獻1]日本特開2011-256079號公報
[專利文獻2]日本特開2006-175482號公報
[專利文獻3]日本特開2016-36811號公報
[專利文獻4]日本特開2017-94386號公報
[發明所欲解決之問題]
然而，上述先前技術存在如下般有待解決的問題。
亦即，在專利文獻1、2所揭示的技術，關於在金屬殼和透氣性材質間的砂漿，縱使讓熱膨脹率提高了，但砂漿的熱膨脹量是有限制的。當金屬殼的膨脹超過砂漿之膨脹量以上時，會有無法完全防止金屬殼和耐火材質間的漏氣之問題。又像專利文獻2那樣，當為了提高砂漿的熱膨脹率而使用發泡性材質時，砂漿本身的緻密性會降低，而有密封性降低的問題。
又在專利文獻3、4所揭示的技術，藉由讓金屬殼的拘束力提高來物理性地制止金屬殼熱膨脹的方法，也存在有以下的問題。像專利文獻3那樣將可撓性的耐火密封材捲繞在金屬殼外周的方法，在捲繞有耐火密封材的部分雖可期待讓金屬殼的熱變形減少的效果，但在其他部位並無法抑制熱膨脹。又如果將耐火密封材捲繞在金屬殼全體，上注嘴和周圍的方磚之黏合性會降低，因為上注嘴有可能上下移動而使漏鋼的風險增加。因此，作為制止漏氣的方法仍嫌不足。如果是像專利文獻4那樣在金屬殼外周設置鰭片的方法，讓金屬殼全體的熱變形減少的效果是可期待的。但在進行將上注嘴裝配在周圍的方磚內的作業時，若鰭片採用會與方磚接觸的尺寸，有可能造成方磚本身損傷。因此，會有上注嘴的插入作業本身變困難的問題。另一方面，若將鰭片的外徑設定成比方磚內徑更小，其提高強度的效果變小，而有無法完全制止金屬殼的熱膨脹之問題。
本發明之目的，是為了解決上述以往的問題而提供一種技術，當在熔鋼的連續鑄造中從吹氣上注嘴將惰性氣體吹入時，能防止漏氣發生。在此的漏氣，是指使惰性氣體從設置在吹氣上注嘴的外周之金屬殼和耐火材質之間往透氣性材質以外的部分流出。
[解決問題之技術手段]
可有效解決上述問題之本發明的吹氣上注嘴，係具備包含透氣性材質(1B)之耐火材質(1)及圍繞該耐火材質(1)的外周之金屬殼(2)，且具有從該金屬殼(2)的上端部往內側延伸之上端金屬殼(3)，前述耐火材質(1)和前述金屬殼(2)之間的密封砂漿部(4)之上端是藉由前述上端金屬殼(3)覆蓋。
又作為更佳的解決手段，本發明的吹氣上注嘴可構成為，
(a)前述上端金屬殼(3)之延伸長度為前述金屬殼(2)和方磚(8)間之接縫(joint)厚度以上，
(b)前述上端金屬殼(3)之延伸的前端，係在藉由前述耐火材質(1)之平坦的頂端和上注嘴上部耐火材質(9)夾持所遮蔽的範圍內。
可有效解決上述問題之本發明的連續鑄造方法，係將上述任一個吹氣上注嘴設置於餵槽底部，一邊朝前述透氣性材質將惰性氣體吹入，一邊透過前述吹氣上注嘴從餵槽將熔鋼注入鑄模。
[發明之效果]
依據本發明的吹氣上注嘴，由於如以上般構成，能獲得以下的效果。亦即，吹氣上注嘴是由包含透氣性材質之耐火材質及具有上端金屬殼之金屬殼所形成。縱使因金屬殼的熱變形而在耐火材質和金屬殼間的接縫產生了間隙，配置成遮蔽上注嘴頂端的接縫之上端金屬殼仍可發揮將漏氣路徑物理性地阻斷之作用。如此，能防止漏氣。又本發明的連續鑄造方法，由於透過上述吹氣上注嘴從餵槽將熔鋼注入鑄模，可毫無漏氣地進行連續鑄造，能良好地維持鑄片的品質。
以下，針對本發明的實施形態具體地說明。又各圖式為示意者，有可能與現實不同。又以下的實施形態，係例示用於將本發明的技術思想具體化之裝置、方法，並不限定於下述的構成。亦即，本發明的技術思想，在申請專利範圍所記載的技術範圍內可做各種變更。
圖1係顯示本發明的一實施形態之吹氣上注嘴的縱剖面圖。吹氣上注嘴100之內部的耐火材質1，係具有沿著旋轉軸(對稱軸)CL讓熔鋼流通之貫通孔11，且形成為中空壁厚的旋轉體形狀。貫通孔11朝向上部呈喇叭狀擴大。在耐火材質1之頂端(上端)具有平坦部。而且，在圖1的例子，是由非透氣性材質1A和透氣性材質1B所組合而構成。透氣性材質1B可配置在任意的位置。可從配置有透氣性材質1B的位置對通過貫通孔11的熔鋼內進行氣體吹入。非透氣性材質1A也可以配置在任意的位置。當要如圖1所示般從上下2處進行分割吹氣的情況，藉由在透氣性材質1B的邊界部配置非透氣性材質1A，可進行分割吹氣。又當不需要進行分割吹氣的情況，做成耐火材質1全體都是透氣性材質1B的構造也不會有問題。
朝向透氣性材質1B之惰性氣體的供應路徑是如以下般構成。首先，藉由惰性氣體導入管6將惰性氣體導入吹氣上注嘴100內。然後，使惰性氣體通過設置在耐火材質1和覆蓋耐火材質1的外周之大致筒形狀的金屬殼2間之氣室5而到達透氣性材質1B。在圖1的例子，氣室5雖設置在耐火材質1和金屬殼2之間，但也可以在耐火材質1內設置狹縫(slit)而構成氣室5。但在本實施形態，如圖1所示般採用在耐火材質1和金屬殼2之間設置氣室5的構造，可更顯著地發揮其效果。
必須使到達了氣室5的惰性氣體全部都通過透氣性材質1B而吹入熔鋼中。惰性氣體從透氣性材質1B以外的部位往吹氣上注嘴100外漏出被稱為漏氣。若產生了漏氣，變得無法對吹氣上注嘴100之中空部內的熔鋼供應足夠的惰性氣體。因此，對於提高熔鋼清淨度無法獲得足夠的效果。結果，所鑄造的鑄片可能發生品質上的問題。為了防止這樣的漏氣，是在耐火材質1和金屬殼2之間配置密封砂漿部4。密封砂漿部4將耐火材質1和金屬殼2間之氣室5以外的間隙填埋。密封砂漿部4發揮防止惰性氣體往吹氣上注嘴100外漏出的作用。
圖2(a)顯示將本實施形態的吹氣上注嘴100裝配在餵槽內時的示意圖。吹氣上注嘴100的周圍是被餵槽殼7、方磚8、上注嘴上部耐火材質9包圍。藉由周圍的各材質來拘束吹氣上注嘴100。在方磚8和金屬殼2之間的接縫配置上注嘴裝配砂漿10，而避免間隙的產生。藉由方磚8和上注嘴裝配砂漿10和金屬殼2的黏合力來確保對於吹氣上注嘴100之拘束力。
將圖2(a)之用二點鏈線部A圍起來之吹氣上注嘴100的上端部放大而顯示於圖2(b)。在本實施形態，具有從金屬殼2的上端部朝內側延伸之上端金屬殼3。構成為使耐火材質1和金屬殼2間之密封砂漿部4(接縫部)的上端藉由上端金屬殼3覆蓋。金屬殼2的上端外周和上端金屬殼3之連結，例如藉由熔接、填縫(caulking)，或也可以將金屬殼2和上端金屬殼3藉由引伸(drawing)成形等一體成形。又上端金屬殼3較佳為形成為沿著耐火材質1之頂端的平坦部之圓環狀。藉由在吹氣上注嘴100的上端部配置上端金屬殼3，而成為將上端金屬殼3和上注嘴外周的金屬殼2之間無間隙地連結之狀態。如此，縱使在金屬殼2產生了熱變形，仍能抑制從耐火材質1和金屬殼2的接縫產生之漏氣。亦即，縱使產生了如圖3所示般的熱變形(用箭頭表示)，可將在耐火材質1和金屬殼2之接縫產生的漏氣路徑利用上端金屬殼3及密封砂漿部4堵塞，而將漏氣路徑物理性地阻斷。這時，金屬殼2因熱變形而擴開的極限長度，取決於金屬殼2和方磚8之間的接縫厚度。因此，為了即使金屬殼2產生了最大的熱變形仍具有防止漏氣的效果，上端金屬殼3的延伸長度較佳為金屬殼2和方磚8間的接縫厚度以上。又若上端金屬殼3和熔鋼直接接觸，會熔化而無法保持其形狀。因此，上端金屬殼3的延伸長度較佳為，頂多在藉由吹氣上注嘴之耐火材質1之平坦的頂端和上注嘴上部耐火材質9夾持所遮蔽的範圍內。在此，上端金屬殼3的延伸長度，是以旋轉軸CL為中心軸之圓筒座標系中之半徑方向的長度。
耐火材質1是例如高氧系材料，金屬殼2及上端金屬殼3是金屬質，例如可適當地使用碳鋼、合金鋼、不鏽鋼、鑄鋼、鑄鐵、鈦及鈦合金等。密封砂漿部4、上注嘴裝配砂漿10，可將例如高鋁質之用水混練的砂漿調整成適度的稠度來使用。金屬殼(2)和方磚(8)之間的接縫厚度為1~5mm左右。由吹氣上注嘴100之耐火材質1之平坦的頂端和上注嘴上部耐火材質9所夾持的範圍，從旋轉軸CL起算之半徑方向長度為5~20mm左右。
在作為本發明的其他實施形態之連續鑄造方法，係將上述實施形態的吹氣上注嘴100如圖2所示般設置於餵槽底部。而且，將從惰性氣體導入管6導入的惰性氣體通過透氣性材質1B而吹入沿著貫通孔11流下的熔鋼內。除了該吹氣上注嘴100以外，按照需要可透過滑動嘴、浸漬嘴而將餵槽內熔鋼注入鑄模。藉由使用上述實施形態的吹氣上注嘴100進行連續鑄造，縱使是不間斷地連續鑄造的情況，仍能防止起因於吹氣上注嘴100之金屬殼2的熱膨脹所致的變形之漏氣。上端金屬殼3覆蓋吹氣上注嘴100之頂端的範圍必須設定成，儘管在金屬殼2產生了熱變形，仍使耐火材質1和金屬殼2之接縫即密封砂漿部4不致露出外部。藉由採用那樣的構成，能夠防止漏氣。
將圖1及圖2所示之本實施形態的吹氣上注嘴及圖4所示之以往的吹氣上注嘴設置於餵槽底部進行連續鑄造，根據透過吹氣上注嘴吹入之惰性氣體的背壓來評價有無漏氣的結果顯示於圖5。是否發生了漏氣，可藉由監視通過吹氣上注嘴之惰性氣體的背壓來進行判定。亦即，當惰性氣體正常地從透氣性材質1B吹入熔鋼內的情況，惰性氣體的背壓是所受到的熔鋼靜壓和透氣性材質1B之透氣阻力加起來的反壓(counter pressure)，該反壓以背壓的形式呈現。然而，當發生了漏氣的情況，至少透氣性材質1B的透氣阻力變得不再產生，而使背壓降低。於是，作為是否發生了漏氣的判定是根據是否有背壓降低產生來做判定，而進行了本實施形態及以往的吹氣上注嘴之效果驗證。
在此，判定所使用之背壓的閾值是取決於鑄造設備、運轉率，因此必須在個別的連鑄機最佳化。在這次進行判定的連鑄機，將相對於穩定狀態時的背壓產生了約3成的背壓降低者稱為背壓降低而進行判定。如圖5所示般，當使用以往的吹氣上注嘴(習知例：N=1012)的情況，背壓降低的產生率為0.018。另一方面，藉由運用本實施形態(發明例：N=107)，可制止背壓降低即漏氣的發生。
[產業利用性]
依據本發明的吹氣上注嘴及連續鑄造方法，可一邊將所吹入的惰性氣體毫無漏氣地吹入熔鋼一邊進行連續鑄造，能良好地維持鑄片的品質，而具有產業利用性。
100:吹氣上注嘴(上注嘴)
1:耐火材質
1A:非透氣性材質
1B:透氣性材質
2:金屬殼
3:上端金屬殼
4:密封砂漿部
5:氣室(氣體流路)
6:惰性氣體導入管
7:餵槽殼
8:方磚
9:上注嘴上部耐火材質
10:上注嘴裝配砂漿
11:貫通孔
CL:旋轉軸(對稱軸)
[圖1]係本發明的一實施形態之吹氣上注嘴的縱剖面圖。
[圖2](a)係將上述實施形態的吹氣上注嘴設置於餵槽之概略剖面圖，(b)係其A部的局部放大剖面圖。
[圖3]係顯示上述實施形態的吹氣上注嘴之金屬殼熱膨脹後的狀態之概念剖面圖。
[圖4](a)係將以往的吹氣上注嘴設置於餵槽之概略剖面圖，(b)係其B部的局部放大剖面圖，是顯示金屬殼熱膨脹後的狀態之概念剖面圖。
[圖5]係將使用上述實施形態的吹氣上注嘴進行了連續鑄造時之漏氣狀況與習知例做比較並評價之圖表。
1:耐火材質
1A:非透氣性材質
1B:透氣性材質
2:金屬殼
3:上端金屬殼
4:密封砂漿部
5:氣室(氣體流路)
6:惰性氣體導入管
11:貫通孔
100:吹氣上注嘴(上注嘴)
CL:旋轉軸(對稱軸)
Claims (4)
- 一種吹氣上注嘴，係具備包含透氣性材質(1B)之耐火材質(1)、及圍繞該耐火材質(1)的外周之金屬殼(2)， 且具有從該金屬殼(2)的上端部往內側延伸之上端金屬殼(3)， 前述耐火材質(1)和前述金屬殼(2)之間的密封砂漿部(4)之上端是藉由前述上端金屬殼(3)覆蓋。
- 如請求項1之吹氣上注嘴，其中， 前述上端金屬殼(3)的延伸長度為前述金屬殼(2)和方磚(8)間的接縫厚度以上。
- 如請求項2之吹氣上注嘴，其中， 前述上端金屬殼(3)之延伸的前端，係在藉由前述耐火材質(1)之平坦的頂端和上注嘴上部耐火材質(9)夾持所遮蔽的範圍內。
- 一種連續鑄造方法，係將如請求項1至3之任一項之吹氣上注嘴設置於餵槽底部，一邊朝前述透氣性材質將惰性氣體吹入，一邊透過前述吹氣上注嘴將熔鋼從餵槽注入鑄模。
Applications Claiming Priority (2)
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